乙醇水溶液连续精馏塔课程设计

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1、 目录 绪论-1 第一章 精馏原理及化工上的应用 - 2 第二章 设计方案的确定及流程说明- -4-4 2.1 塔型选择 - 4 2.2 操作流程 -5 第三章 塔的工艺计算 .6 3.1 整理有关数据.6 3.2 全塔物料衡算.6 3.3 最小回流比与操作回流比.6 3.4 理论塔板数的确定.7 3.5 全塔效率的估算与实际塔板数的求取.8 第四章 塔的工艺条件及物性计算 10 4.1 操作压强 Pm .10 4.2 温度 tm .11 4.3 平均摩尔质量11 4.4 平均密度12 4.5 液体表面张力14 4.6 平均粘度的计算15 4.7 汽液相体积流率15 4.8 塔径的计算16 4

2、.9 精馏塔高度的计算18 第五章 塔板主要工艺尺寸的计算 19 5.1 溢流装置.19 5.2 塔板布置.21 第六章 塔板的流体力学验算 23 6.1 气体通过塔板的压力降 hp 液柱23 6.2 液面落差.25 6.3 液沫夹带（雾沫夹带）.25 6.4 漏液.26 6.5 液泛.26 第七章 塔板负荷性能图 28 7.1 漏液线 .28 7.2 液沫夹带线 .28 7.3 液相负荷下限线 .29 7.4 液相负荷上限线 .30 7.5 液泛线 .31 第八章 各接管尺寸的确定及选型 32 8.1 进料管尺寸的计算及选型32 8.2 釜液出口管尺寸的计算及选型32 8.3 回流管尺寸的计

3、算及选型32 8.4 塔顶蒸汽出口径及选型33 第九章 精馏塔的主要附属设备 34 9.1 冷凝器34 9.2 预热器34 9.3 再沸器35 设计小结 36 参考文献 36 绪论绪论 摘摘 要：要：本设计是以乙醇水物系为设计物系，以浮阀塔为精馏设备分离乙醇 和水。浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备，此设计针对二元物系乙醇水 的精馏问题进行分析，选取，计算，核算，绘图等，是较完整的精馏设计过程。 通过逐板计算得出理论板数为 11 块，回流比为 1.8 算出实际板数为 27 块， 进料位置为第 18 块，通过板式塔的流体力学验算，证明各指标数据均符合标 准。本次设计过程正常，操作合适。 关键字

4、：关键字：乙醇、水、二元精馏，筛板式连续精馏精馏塔 AbstractAbstract: The design is based ethanol - water system for the design of object-based, with the float valve tower distillation equipment for the separation of ethanol and water. Float valve tower is the main chemical production gas-liquid mass transfer equipment, the

5、design for the Binary System for analysis of ethanol distillation water problem, select, computing, accounting, graphics, etc., is more complete distillation design process. By-plate number of theoretical plates calculated for 11, a reflux ratio of 1.8 calculated the actual number plates for 27, the

6、 feed position for the first 18, through fluid dynamics checking plate tower to prove each index data are in line with standards. The design process is normal, proper operation. Keywords:Keywords: ethanol, water, binary distillation, continuous distillation sieve distillation column 第第 1 1 章章 精馏原理及化

7、工上的应用精馏原理及化工上的应用 1.1 精馏原理及其在化工生产上的应用 实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，上述部分气化和部分冷凝 是同时进行的。对理想液态混合物精馏时，最后得到的馏液(气相冷却而成)是 沸点低的 B 物质，而残液是沸点高的 A 物质，精馏是多次简单蒸馏的组合。 精馏塔底部是加热区，温度最高；塔顶温度最低。精馏结果，塔顶冷凝收 集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。 1.2 精馏塔对塔设备的要求 精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精 馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过 程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如下： 一：生产

8、能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常 流 动。 二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率 或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减 压操作是时，易于达到所要求的真空度。 四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常 的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 五：结构简单，造价低，安装检修方便。 六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。 1.4 常用板式塔类型及本设计的选型 常用板式塔类型有很多，如：筛板塔、泡罩塔、舌型塔、浮阀塔等。 本次课程设计是分离乙醇水二元物系。在此我选用连续精

9、馏筛板塔。 具有以下特点： (1) 筛板塔的操作弹性小，对物料的流量要求非常平稳精确，不利于 实际生产中使用 (2) 筛板塔盘较浮阀塔盘的优点是结构简单抗堵，压降较小，造价便 宜。 (3) 筛板塔盘现在很少用了，比浮阀塔的效率低，操作弹性小。 (4) 筛板塔盘也有溢流堰和降液管。优点是结构简单，压降较小，造 价便宜，抗堵性强。 第第 2 2 章章 设计方案的确定及流程说明设计方案的确定及流程说明 根据生产任务，若按年工作日 300 天，每天开动设备 24 小时计算，产品流 量为 1.5 万 t/年，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程 中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，

10、选用筛板塔。 2.1 设计思路 首先，乙醇和水的原料混合物进入原料罐，在里面停留一定的时间之后， 通过泵进入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料 从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合 物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏 塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方 的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔 顶产品冷却器中，停留一定的时间然后进入乙醇的储罐，而其中的气态 部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一 部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再沸器

11、中被加热 到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程， 而进料口不断有新鲜原料的加入。最终，完成乙醇和水的分离。 2.1 设计流程 乙醇水混合液经原料预热器加热，进料状况为汽液混合物 q=1 送入精 馏塔，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余经塔顶产 品冷却器冷却后，送至储罐,塔釜采用直接蒸汽加热,塔底产品冷却后,送 入贮罐(附流程图)。 第第 3 3 章章 塔的工艺计算塔的工艺计算 3.1 原料液中： 设 A 组分乙醇；B 组分水 乙醇的摩尔质量：M 乙=46.07 kg/kmol；水的摩尔质量： M 水=18.02 kg/kmol 查阅文献，整理相关的物性数据

12、 水和乙醇的物理性质（表 2） 名称分子式 相对分子 质量 密度 20 3 /kg m 沸 点 101.33kPa 比热容 (20) Kg/(kg. ) 黏度 (20 ) mPa.s 导热系 数 (20) /(m. ) 表面 张力 (20 ) N/m 水2 H O 18.029981004.1831.0050.59972.8 乙醇 25 C H OH 46.0778978.32.391.150.17222.8 27 . 0 02.18/ )5 . 01 (07.46/5 . 0 07.46/5 . 0 F x 82 . 0 18/008 . 0 46/92 . 0 46/92 . 0 Dx 3

13、.2 物料衡算 已知：F= 5 . 81 720084.25 1000100005 . 1 /kmol h 总物料衡算 F=D+W 易挥发组分物料衡算 DxD+WxW=FxF 有回收率99 . 0 F D B Fx Dx 联立以上二式得：D=26.57kg/kmol W=55.23kg/kmol，xw=0.004kg/kmol 3.3 回流比的确定 3.3.1 平均相对挥发度的计算 查1由相平衡方程 得 1 (1) x y x (1) (1) y x x y 由常压下乙醇-水溶液的平衡数据 2.1.1 乙醇和水的汽液平衡数据（101.3KPa 即 760mmHg） 液相摩尔 分数 x 气相摩尔

14、分 数 y 温度/液相摩尔 分数 x 气相摩尔分 数 y 温度/ 0.000.001000.32730.582681.5 0.01900.170095.50.39650.612280.7 0.07210.389189.00.50790.656479.8 0.09660.437586.70.51980.659979.7 0.12380.470485.30.57320.684179.3 0.16610.508984.10.67630.738578.74 0.23370.544582.70.74720.781578.41 0.26080.558082.30.89430.894378.15 根据以上数

15、据画出以下乙醇与水的 t-x（y）相平衡图（图 2）及乙醇与水的 x-y（图 3）： 70 75 80 85 90 95 100 00.20.40.60.81 x(y) 温度() 图 3 由道尔顿分压定律 及 iy pp AAA i BBB Px Px 得 1 1 AB AB i ABAB yyyy xxxx 将上表数据代入 得： 序号 12345 3.68153.15692.72542.35012.1263 序号 678910 1.91551.72281.54081.41961.3207 则 10 12310 3.04 i i 3.043.04 1113.04 112.04 xxx y xxx 3.4 最小回流比的计算和适宜回流比的确定 xF